CN103148560A - 一种监测室内空气污染与换气控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种监测室内空气污染与换气控制方法，应用于包括至少二个传感器，信号处理模块、换气控制模块的通风换气系统，以时间T为一个探测周期循环探测，该方法包括：在第1个探测周期中采集感测数据，将采集到的感测数据传输至信号处理模块，处理感测数据，得到第一空气污染比例数值，判断室内空气状态，获得第一换气量，以第一换气量换气；在第N个探测周期中采集感测数据，将采集到的感测数据传输至信号处理模块，处理感测数据，得到第N空气污染比例数值，判断室内空气污染物浓度是否降低，获得第N换气量，以第N换气量换气，循环执行第N+1个探测周期。本发明能全面监测房间空气污染状况，自动及时调节换气量，降低空气污染物的扩散。

Description

一种监测室内空气污染与换气控制方法

技术领域

本发明属于室内环境监控领域，涉及一种监测空气与换气控制方法，特别是涉及一种监测室内空气污染与换气控制方法。 

背景技术

大量研究调查表明，室内空气污染程度通常是室外空气的2～5倍，并且考虑到大部分城市人口每天在室内的时间超过70%，室内空气污染带来的危害更为显著。世界卫生组织已经将室内空气污染列为人类健康的十大威胁之一。 

通风换气是减小室内空气污染最有效最经济的手段。对普通家庭，利用空气自然流动通风就可以满足要求，但是在某些特殊室内场所，如：吸烟室，喷漆作业间，化学实验室等，必须加装通风换气装置，有效的降低污染物，保障空气质量。 

以火车站候车室和机场候机厅的吸烟室为例，一般为有一个出入口的房间，房间顶端设置抽气系统将室内空气抽吸沿管道排入大气。目前这种室内换气系统的缺点主要有以下： 

1换气量恒定或者是人工调节多级换气，在吸烟室无人或者吸烟者很多时换气量难以及时自动调节，导致能源浪费或换气量不足的问题； 

2没有考虑从吸烟室出入口处的烟雾扩散，导致吸烟室烟雾容易扩散影响非吸烟室区域。 

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种监测室内空气污染与换气控制方法，用于解决现有技术中当室内空气污染严重时换气系统不能及时调节、换气，导致能源浪费、换气量不足、受污染的空气容易扩散等的问题。 

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种监测室内空气污染与换气控制方法，应用于包括至少二个传感器，信号处理模块、换气控制模块的通风换气系统，并以时间T为一个探测周期的循环探测所述通风换气系统，所述方法包括： 

S1，在第1个探测周期中采集感测数据，并将采集到的感测数据传输至信号处理模块，信号处理模块处理感测数据，得到第一空气污染比例数值，根据所述第一空气污染比例数值判断室内空气状态，最后通过换气控制模块获得第一换气量，以第一换气量换气；所述感测数据为空气污染物输出值； 

S2，在第N个探测周期中采集感测数据，并将采集到的感测数据传输至信号处理模块，信号处理模块处理感测数据，得到第N空气污染比例数值，根据所述第N空气污染比例数值判断室内空气污染物浓度是否降低，最后通过换气控制模块获得第N换气量，以第N换气量换气，循环执行第N+1个探测周期，其中，N是指大于等于2的正整数。 

优选地，所述传感器本身探测范围的上限值为C_H，下限值为C_L，C₀表示空气质量合格的下限值。 

优选地，所述步骤S1还包括： 

S11，在第1个探测周期的开始时刻采集感测数据，即安装在室内的根据需求选择的传感器采集室内不同位置处的空气污染物输出值；第1个探测周期所采集到的各传感器的空气污染物输出值记为C₁（M_i），其中，M_i表示第i个传感器，i表示传感器的序号； 

S12，将在第1个探测周期中所采集到的各传感器的空气污染物输出值传输至信号处理模块，比较各传感器的空气污染物输出值得到最大空气污染物输出值，记为C₁； 

S13，将在第1个探测周期获取的最大空气污染物输出值C₁与空气质量合格的下限值C₀进行比较，根据 $U=\left\{\begin{array}{c}0\\ \frac{C_1-C_0}{C_H}\end{array}\right.$ ，获取第一空气污染比例数值U，得到室内空气状态；当最大空气污染物输出值C₁小于等于空气质量合格的下限值C₀，输出的U=0，则表示各传感器处的空气处理良好状态；当最大空气污染物输出值C₁大于空气质量合格的下限值C₀，输出的U大于0小于1，则表示室内空气存在污染；其中，C_H为传感器本身探测范围的上限值； 

S14，将获取的第一空气污染比例数值U传输至换气控制模块，并根据V₁＝U×V_H×α，得到第一换气量V₁，那么在第1个探测周期内所述换气控制模块以第一换气量V₁换气；其中，α为伸缩因子。 

优选地，所述伸缩因子α根据实际房间大小和换气次数的要求预先设定。 

优选地，在所述步骤S12中采用最大值函数比较得到最大空气污染物输出值。 

优选地，所述步骤S2还包括： 

S21，在第N个探测周期的开始时刻采集感测数据，即在第N个探测周期根据需求选择的传感器采集空气污染物输出值，将第N个探测周期所采集到的各传感器的空气污染物输出值记为C_N（M_i），其中，M_i表示第i个传感器，i表示传感器的序号； 

S22，将第N个探测周期中所采集到的各传感器的空气污染物输出值传输至信号处理模块，比较各传感器的空气污染物输出值得到最大空气污染物输出值； 

S23，将第N个探测周期中获取的最大空气污染物输出值与第N-1个探测周期同一传感 器的空气污染物输出值进行比较，根据 $U_{f\left(N\right)}=\left\{\begin{array}{c}0\\ \frac{C_N\left(M_i\right)-C_{N-1}\left(M_i\right)}{C_N\left(M_i\right)}\end{array}\right.$ ，获取第N空气污染比例数值U_f(N)，判断出室内空气污染物浓度是否下降；当C_N(M_i)≤C_N-1(M_i)时，输出的U_f(N)=0，则表示安装传感器M_i处的空气污染物浓度下降；当C_N(M_i)＞C_N-1(M_i)时，输出的U_f(N)大于0小于1，则表示安装传感器M_i处的空气污染物浓度增加；、 

其中，C_N(M_i)表示第N个探测周期中获取最大空气污染物输出值，i表示根据需要选择的传感器中第i个传感器；C_N-1(M_i)表示第N-1个探测周期同一传感器的空气污染物输出值； 

S24，将第N-1空气污染比例数值U_f（N-1）和第N空气污染比例数值U_f（N）传输至换气控制模块，并根据V_N＝U_f(N-1)×(1+U_f(N)+β)×V_H×α，得到第N换气量V_N，那么在第N个探测周期内所述换气控制模块以第N换气量V_N换气，其中，β为伸缩因子； 

S25，返回S21，循环执行第N+1个探测周期。 

优选地，所述伸缩因子β根据室内实际情况可以加速或者降低换气速率预先指定。 

如上所述，本发明所述的监测室内空气污染与换气控制方法，具有以下有益效果： 

（1）能全面监测房间空气污染状况，自动及时调节换气量，降低空气污染物的扩散。 

（2）根据空气污染物浓度变化自动加速或减低换气，适应人流流动频繁场所使用。 

附图说明

图1显示为本发明的监测室内空气污染与换气控制方法的方法流程图。 

图2显示为本发明的监测室内空气污染与换气控制方法中步骤S1的流程图。 

图3显示为本发明的监测室内空气污染与换气控制方法中步骤S2的流程图。 

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。 

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也 可能更为复杂。 

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。 

本实施例提供一种监测室内空气污染与换气控制方法，所述监测室内空气污染与换气控制方法应用于包括至少二个传感器，信号处理模块、换气控制模块的通风换气系统，并以时间T为一个探测周期的循环探测所述通风换气系统，例如，T=30秒。所述通风换气系统的换气量V在0～V_H之间，其中，V_H为最大换气量，单位为m³/h，所述通风换气系统的最大换气量需要根据国家相关标准要求。 

如图1所示，所述监测室内空气污染与换气控制方法包括： 

S1，在第1个探测周期中采集感测数据，并将采集到的感测数据传输至信号处理模块，信号处理模块处理感测数据，得到第一空气污染比例数值，根据所述第一空气污染比例数值判断室内空气状态，最后通过换气控制模块获得第一换气量，以第一换气量换气；如图2所示，步骤S1具体包括： 

S11，在第1个探测周期的开始时刻采集感测数据，所述感测数据为空气污染物输出值；根据实际需求选择与需控制的空气污染物相对应的传感器，例如，吸烟室选择烟雾传感器、喷漆作业间选择甲醛传感器等。因此，该步骤为安装在室内的根据需求选择的传感器采集室内不同位置处的空气污染物输出值；根据需求选择的传感器可安装在房间可流通空气的主要出入口，以及通风换气系统的入口。根据需求选择的传感器需各项性能参数一致。例如，需在房间的门、窗、及通风换气系统入口等处各安装一个传感器，为了方便可将安装在房间的门、窗、及通风换气系统入口等处的各传感器命名为M₁、M₂、M₃…等，所述选择的传感器本身具有探测范围的上限值C_H和下限值C_L，C₀表示空气质量合格的下限值。例如传感器探测范围为0～10毫克/每立方米。根据需求选择的传感器用于采集空气污染物输出值，即第1个探测周期所采集到的各传感器的空气污染物输出值分别为C₁（M₁）、C₁（M₂）、C₁（M₃）…C₁（M_i）…等，其中，其中，M_i表示第i个传感器，i表示传感器的序号。 

S12，将在第1个探测周期中所采集到的各传感器的空气污染物输出值C₁（M₁）、C₁（M₂）、C₁（M₃）…C₁（M_i）…等传输至信号处理模块，比较各传感器的空气污染物输出值C₁（M₁）、C₁（M₂）、C₁（M₃）…等得到最大空气污染物输出值，并将其记为C₁；在该步骤中采用最大值函数MAX（）比较得到所有空气污染物输出值中的最大值，即 

C₁=MAX（C₁（M₁）、C₁（M₂）、C₁（M₃）…）      式（1） 

例如，三个传感器采集到的空气污染物输出值C₁（M₁）、C₁（M₂）、C₁（M₃）中C₁（M₁）最大，那么C₁=C₁（M₁）。 

S13，将在第1个探测周期获取的最大空气污染物输出值C₁与空气质量合格的下限值C₀进行比较，根据 

即 $U=\left\{\begin{array}{c}0\\ \frac{C_1-C_0}{C_H}\end{array}\right.$ 式（2） 

获取第一空气污染比例数值U，得到室内空气状态。式（2）中的U的取值范围在0～1之间。当最大空气污染物输出值C₁小于等于空气质量合格的下限值C₀，即C₁≤C₀，输出的U=0，则表示各传感器处的空气处于良好状态；当最大空气污染物输出值C₁大于空气质量合格的下限值C₀，即C₁>C₀，输出的U大于0小于1，则表示室内空气存在污染，并且表示获取最大空气污染物输出值C1的传感器的安装位置为室内污染最严重之处。U值越接近1说明污染越严重。 

S14，将获取的第一空气污染比例数值U传输至换气控制模块，并根据V₁＝U×V_H×α      式（3） 

得到第一换气量V₁，那么在第1个探测周期T内所述换气控制模块以第一换气量V₁换气。式（3）中的α为伸缩因子，其根据实际房间大小和换气次数的要求预先设定。 

S2，在第N个探测周期中采集感测数据，并将采集到的感测数据传输至信号处理模块，信号处理模块处理感测数据，得到第N空气污染比例数值，根据所述第N空气污染比例判断室内空气污染物浓度是否降低，最后通过换气控制模块获得第N换气量，以第N换气量换气，循环执行步骤S2，其中，N是指大于等于2的正整数。如图3所示，步骤S2具体包括 

S21，在第N个探测周期的开始时刻采集感测数据，即在第N个探测周期根据需求选择的传感器采集空气污染物输出值，将第N个探测周期所采集到的各传感器的空气污染物输出值分别为记为C_N（M₁）、C_N（M₂）、C_N（M₃）…C_N（M_i）…等；其中，Mi表示第i个传感器，i表示传感器的序号。 

S22，将在第N个探测周期中所采集到的各传感器的空气污染物输出值C_N（M₁）、C_N（M₂）、C_N（M₃）…C_N（M_i）…等传输至信号处理模块，比较各传感器的空气污染物输出值C_N（M₁）、C_N（M₂）、C_N（M₃）…C_N（M_i）…等得到最大空气污染物输出值，并将其记为C_N；在该步骤中采用最大值函数MAX（）比较得到所有空气污染物输出值中的最大值，即 

C_N=MAX（C_N（M₁）、C_N（M₂）、C_N（M₃）…C_N（M_i）…）      式（4） 

例如，三个传感器采集到的空气污染物输出值C_N（M₁）、C_N（M₂）、C_N（M₃）中C_N（M₁）最大，那么C_N=C_N（M₁）。 

S23，将第N个探测周期中获取的最大空气污染物输出值与第N-1个探测周期同一传感器的空气污染物输出值进行比较，根据 

$U_{f\left(N\right)}=\left\{\begin{array}{c}0\\ \frac{C_N\left(M_i\right)-C_{N-1}\left(M_i\right)}{C_N\left(M_i\right)}\end{array}\right.$ 式（5） 

其中，C_N(M_i)表示第N个探测周期中获取最大空气污染物输出值，i表示根据需要选择的传感器中第i个传感器；C_N-1(M_i)表示第N-1个探测周期同一传感器的空气污染物输出值；获取第N空气污染比例数值U_f(N)，判断出室内空气污染物浓度是否下降。式（5）中U_f(N)的取值范围在0～1之间。当C_N(M_i)≤C_N-1(M_i)时，输出的U_f(N)=0，则表示安装传感器M_i处的空气污染物浓度下降；当C_N(M_i)＞C_N-1(M_i)时，输出的U_f(N)大于0小于1，则表示安装传感器M_i处的空气污染物浓度增加。 

S24，将第N-1空气污染比例数值U_f（N-1）和第N空气污染比例数值U_f（N）传输至换气控制模块，并根据 

V_N＝U_f(N-1)×(1+U_f(N)+β)×V_H×α      式（6） 

得到第N换气量V_N，那么在第N个探测周期T内所述换气控制模块以第N换气量V_N换气。式（6）中的β为伸缩因子，其根据实际情况可以加速或者降低换气速率预先指定。 

S25，返回S21，循环执行第N+1个探测周期。 

例如，N=2时，即在第2个探测周期内。 

S2，在第2个探测周期中采集感测数据，并将采集到的感测数据传输至信号处理模块，信号处理模块处理感测数据，得到第二空气污染比例数值，根据所述第二空气污染比例数值判断室内空气污染物浓度是否降低，最后通过换气控制模块获得第二换气量，以第二换气量换气；步骤S2具体包括： 

S21，在第2个探测周期的开始时刻采集感测数据，即在第二个探测周期根据需求选择的传感器采集空气污染物输出值，将在第二个探测周期感测到的空气污染物输出值记为C₂（M₁）、C₂（M₂）、C₂（M₃）…C₂（M_i）…等；其中，Mi表示第i个传感器，i表示传感器的序号。 

S22，将在第2个探测周期中所采集到的各传感器的空气污染物输出值C₂（M₁）、C₂（M₂）、 C₂（M₃）…C₂（M_i）…等传输至信号处理模块，比较各传感器的空气污染物输出值C₂（M₁）、C₂（M₂）、C₂（M₃）…C₂（M_i）…等得到最大空气污染物输出值，并将其记为C₂；在该步骤中采用最大值函数MAX（）得到所有空气污染物输出值中的最大值，即 

C₂=MAX（C₂（M₁）、C₂（M₂）、C₂（M₃）…C₂（M_i）…）    式（4）’ 

例如，三个传感器采集到的空气污染物输出值C₂（M₁）、C₂（M₂）、C₂（M₃）中C₂（M₁）最大，那么C₂=C₂（M₁）。 

S23，将第二探测周期中获取的最大空气污染物输出值与第一探测周期同一传感器的空气污染物输出值进行比较，根据 

$U_{f\left(2\right)}=\left\{\begin{array}{c}0\\ \frac{C_2\left(M_1\right)-C_1\left(M_1\right)}{C_2\left(M_1\right)}\end{array}\right.$ 式（5）’ 

获取第二空气污染比例数值U_f(2)，判断出室内空气污染物浓度是否下降。式（5）中U_f(2)的取值范围在0～1之间。当C₂(M₁)≤C₁(M₁)时，输出的U_f(2)=0，则表示安装传感器M₁处的空气污染物浓度下降；当C₂(M₁)＞C₁(M₁)时，输出的U_f(N)大于0小于1，则表示安装传感器M₁处的空气污染物浓度增加。 

S24，将第一空气污染比例数值U和第二空气污染比例数值U_f(2)传输至换气控制模块，并根据 

V₂＝U×(1+U_f(2)+β)×V_H×α      式（6）’ 

得到第二换气量V₂，那么在第二个探测周期T内所述换气控制模块以第二换气量V₂换气。式（6）中的β为伸缩因子，其根据室内实际情况可以加速或者降低换气速率预先指定。 

S25，返回S21，循环执行第3个探测周期。 

本发明所述的监测室内空气污染与换气控制方法可用于公共场所的吸烟室等地方。由于这些公共场所人员流动频繁，常见固定换气或者人工控制的多级换气装置难以良好控制公共场所及周边空气质量。本发明所述方法实时监测房间出入口及房间内部的空气状况，并根据空气污染浓度程度自动调节换气量。对短时间内人员增多，空气污染浓度迅速增加，本发明可根据空气污染浓度增加的速度额外增加换气量，迅速排出污染的空气，保证公共场所内空气质量。 

综上，本发明所述的监测室内空气污染与换气控制方法具有的以下优点和积极效果： 

（1）能全面监测房间空气污染状况，自动及时调节换气量，降低空气污染物的扩散。 

（2）根据空气污染物浓度变化自动加速或减低换气，适应人流流动频繁场所使用。 

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。 

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。 

Claims (7)

1.一种监测室内空气污染与换气控制方法，应用于包括至少二个传感器，信号处理模块、换气控制模块的通风换气系统，并以时间T为一个探测周期的循环探测所述通风换气系统，其特征在于，所述方法包括：

S1，在第1个探测周期中采集感测数据，并将采集到的感测数据传输至信号处理模块，信号处理模块处理感测数据，得到第一空气污染比例数值，根据所述第一空气污染比例数值判断室内空气状态，最后通过换气控制模块获得第一换气量，以第一换气量换气；所述感测数据为空气污染物输出值；

S2，在第N个探测周期中采集感测数据，并将采集到的感测数据传输至信号处理模块，信号处理模块处理感测数据，得到第N空气污染比例数值，根据所述第N空气污染比例数值判断室内空气污染物浓度是否降低，最后通过换气控制模块获得第N换气量，以第N换气量换气，循环执行第N+1个探测周期，其中，N是指大于等于2的正整数。

2.根据权利要求1所述的监测室内空气污染与换气控制方法，其特征在于：所述传感器本身探测范围的上限值为C_H，下限值为C_L，C₀表示空气质量合格的下限值。

3.根据权利要求1所述的监测室内空气污染与换气控制方法，其特征在于：所述步骤S1还包括：

S11，在第1个探测周期的开始时刻采集感测数据，即安装在室内的根据需求选择的传感器采集室内不同位置处的空气污染物输出值；第1个探测周期所采集到的各传感器的空气污染物输出值记为C₁（M_i），其中，M_i表示第i个传感器，i表示传感器的序号；

S12，将在第1个探测周期中所采集到的各传感器的空气污染物输出值传输至信号处理模块，比较各传感器的空气污染物输出值得到最大空气污染物输出值，记为C₁；

S13，将在第1个探测周期获取的最大空气污染物输出值C₁与空气质量合格下限值C₀进行比较，根据 $U=\left\{\begin{array}{c}0\\ \frac{C_1-C_0}{C_H}\end{array}\right.$ ，获取第一空气污染比例数值U，得到室内空气状态；当最大空气污染物输出值C₁小于等于空气质量合格的下限值C₀，输出的U=0，则表示各传感器处的空气处于良好状态；当最大空气污染物输出值C₁大于空气质量合格下限值C₀，输出的U大于0小于1，则表示室内空气存在污染；其中，C_H为传感器本身探测范围的上限值；

S14，将获取的第一空气污染比例数值U传输至换气控制模块，并根据V₁＝U×V_H×α，得到第一换气量V₁，那么在第1个探测周期内所述换气控制模块以第一换气量V₁换气；其中，α为伸缩因子。

4.根据权利要求3所述的监测室内空气污染与换气控制方法，其特征在于：所述伸缩因子α根据实际房间大小和换气次数的要求预先设定。

5.根据权利要求3所述的监测室内空气污染与换气控制方法，其特征在于：在所述步骤S12中采用最大值函数比较得到最大空气污染物输出值。

6.根据权利要求1所述的监测室内空气污染与换气控制方法，其特征在于：所述步骤S2还包括：

S21，在第N个探测周期的开始时刻采集感测数据，即在第N个探测周期根据需求选择的传感器采集空气污染物输出值，将第N个探测周期所采集到的各传感器的空气污染物输出值记为C_N（M_i），其中，M_i表示第i个传感器，i表示传感器的序号；

S22，将第N个探测周期中所采集到的各传感器的空气污染物输出值传输至信号处理模块，比较各传感器的空气污染物输出值得到最大空气污染物输出值；

S23，将第N个探测周期中获取的最大空气污染物输出值与第N-1个探测周期同一传感器的空气污染物输出值进行比较，根据 $U_{f\left(N\right)}=\left\{\begin{array}{c}0\\ \frac{C_N\left(M_i\right)-C_{N-1}\left(M_i\right)}{C_N\left(M_i\right)}\end{array}\right.$ ，获取第N空气污染比例数值U_f(N)，判断出室内空气污染物浓度是否下降；当C_N(M_i)≤C_N-1(M_i)时，输出的U_f(N)=0，则表示安装传感器M_i处的空气污染物浓度下降；当C_N(M_i)＞C_N-1(M_i)时，输出的U_f(N)大于0小于1，则表示安装传感器M_i处的空气污染物浓度增加；

其中，C_N(M_i)表示第N个探测周期中获取最大空气污染物输出值，i表示根据需要选择的传感器中第i个传感器；C_N-1(M_i)表示第N-1个探测周期同一传感器的空气污染物输出值；

S24，将第N-1空气污染比例数值U_f（N-1）和第N空气污染比例数值U_f（N）传输至换气控制模块，并根据V_N＝U_f(N-1)×(1+U_f(N)+β)×V_H×α，得到第N换气量V_N，那么在第N个探测周期内所述换气控制模块以第N换气量V_N换气，其中，β为伸缩因子；

S25，返回S21，循环执行第N+1个探测周期。

7.根据权利要求6所述的监测室内空气污染与换气控制方法，其特征在于：所述伸缩因子β根据室内实际情况可以加速或者降低换气速率预先指定。

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